MIPS指令学习二

1、MIPS寻址方式

  MIPS架构的寻址模式有寄存器寻址、立即数寻址、寄存器相对寻址和PC相对寻址4种,其中寄存器相对寻址、PC相对寻址介绍如下:

1.1、寄存器相对寻址

  这种寻址模式主要被加载/存储指令使用,其对一个16位的立即数进行符号扩展,然后与指定通用寄存器的值相加,从而得到有效地址。

  通用寄存器GRP   +   16位立即数做符号扩展      =       有效地址

1.2、PC相对寻址

  这种寻址模式主要被转移指令使用。在转移指令中有一个16位的立即数,将其左移2位并进行符号扩展,然后与程序计数器PC的值相加,可得到有效地址。

  程序计数器PC     +      16位立即数左移2位并做符号扩展     =     有效地址

 

2、MIPS指令集

2.1、MIPS指令特点

  • MIPS固定4字节指令长度。
  • 内存中的数据访问(load/store)必须严格对齐(至少4字节对齐)。
  • 跳转指令只有26位目标地址,加上2位对齐位,可寻址28位寻址空间,即256MB。
  • 条件分支指令只有16位跳转地址,加上2位对齐位,共18位寻址空间,即256KB。
  • MIPS默认不把子函数的返回地址(就是调用函数的受害指令地址)存放到栈中,而是存放到$31($ra)寄存器中,这对那些叶子函数(在函数中不再调用其他函数的函数)有利。如果遇到嵌套函数,有其他机制处理。
  • 流水线效应。MIPS采用了高度的流水线,其中一个最重要的效应就是分支延迟效应。在分支跳转语句后面的那条语句叫做分支延迟槽。实际上,在程序执行到分支语句时,当它刚把要跳转到的地址填充好(填充到代码计数器里),还没有完成本条指令时,分支语句后面的那个指令就已经执行了,其原因就是流水线效应 ---- 几条指令同时执行,只是处于不同的阶段。

  流水线效应:

  mov $a0, $s2

  jalr strrchr

  move $a0, $s0

  在执行第2行跳转分支时,第3行的move指令已经执行完了。因此,在上面指令序列中,strrchr函数的参数来自第3行的$s0,而不是第1行的$s2。

  从流水线效应中可以看出,是否正确理解MIPS指令的这些特点会直接影响我们对MIPS程序逆向分析的结果,因此,我们需要熟悉把握这些特点。

 

2.2、指令格式

  所有MIPS指令的长度相同,都是32位。为了让指令的格式刚好合适,设计者做了折中:将所有指令定长,但是不同的指令有不同的格式。在MIPS架构中,指令的最高6位均为Opcode码,剩下的26位可以将指令分为3种类型,分别为R型、I型和J型。

  • R型指令用连续3个5位二进制码表示3个寄存器的地址,然后用1个5位二进制码表示移位的位数(如果未使用移位操作,则全为0),最后是6位的Function码(它与Opcode码共同决定R型指令的具体操作方式)。
  • I型指令则用连续2个5位二进制码表示2个寄存器的地址,然后是由1个16位二进制码表示1个立即数二进制码。
  • J型指令用26位二进制码表示跳转目标的指令地址(实际的指令地址应为32位,其中最低2位为“00”,最高4位由PC当前地址决定)。
类型 格式
R Opcode(6) Rs(5) Rt(5) Rd(5) Shamt(5) Funct(6)
I Opcode(6) Rs(5) Rt(5) Immediate(16)
J Opcode(6) Address(26)
  • Opcode: 指令基本操作,称为操作码。
  • Rs: 第一个源操作数寄存器。
  • Rt: 第二个源操作数寄存器。
  • Rd: 存放操作结果的目的操作数。
  • Shamt: 位移量。
  • Funct: 函数,这个字段选择Opcode操作某个特定变体。

3、汇编常用的指令

  注意:$Rd表示目的寄存器, $Rs表示源寄存器,$Rt表示作为中间缓存的寄存器,"imm"表示立即数,“MEM[]“表示RAM中的一段内存,“offset"表示偏移量。

3.1、LOAD/STORE指令

  LOAD/STORE指令有14条,分别是lb、lbu、lh、lhu、ll、lw、lwl、lwr、sb、sc、sh、sw、swl和swr。

  以"l"开头的都是加载指令,以"s"开头的都是存储指令,这些指令用于从存储器中读取数据,或者将数据保存在存储器中。

3.1.1、LA(Load Address) 指令用于将一个地址或标签存入一个寄存器。

语法 实例 备注
la $Rd, Label la $t0, val_1 复制val_1表示的地址到$t0寄存器中,其中val_1是一个Label

3.1.2、LI(Load Immediate)指令用于将一个立即数存入一个通用寄存器。

语法 实例 备注
lw $Rt, offset($Rs) lw $s0, 0($sp) "$s0 = MEM[$sp+0]",相当于取堆栈地址偏移0内存word长度的值到$s0中

3.1.3、LW(Load Word) 指令用于从一个指定的地址加载一个word类型的值到一个寄存器中。

语法 实例 备注
lw $Rt, offset($Rs) lw $s0, 0($sp) "$s0=MEM[$sp+0];",相当于取堆栈地址偏移0内存word长度的值到$s0中

3.1.4、SW(Store Word)用于将源寄存器中的值存入指定的地址。

语法 实例 备注
sw $Rt, offset($Rs) sw $a0,0($sp) "MEM[$sp+0]=$a0;",相当于将$a0寄存器中一个word大小的值存入堆栈,且$sp自动堆栈

3.1.5、MOVE指令用于寄存器之间值的传递。

语法 实例 备注
move $Rt, $Rs move $t5, $t1 $t5=$t1;

 

3.2、算术运算指令

  MIPS汇编指令的算术运算特点如下:

  • 算术运算指令的所有操作数都是寄存器,不能直接使用RAM地址或间接寻址。
  • 操作数大小都为word(4 Byte)。
  • 算术运算指令有21条,分别为add、addi、sub、subu、clo、clz、slt、slti、sltiu、sltu、mul、mult、madd、maddu、msub、msubu、div和divu,实现了加、减、比较、乘、乘累加、除等运算。
指令格式与实例 注释
add $t0,$t1,$t2 "$t0=$t1+$t2;",带符号数相加
sub $t0,$t1,$t2 "$t0=$t2 - $t2;", 带符号数相减
addi $t0,$t1,5 $t0 = $t1 + 5;
addu $t0,$t1,$t2 "$t0 = $t1 + $t2;",无符号数相加
subu $t0, $t1, $t2 "$t0 = $t2 - $t2;",无符号数相减
mult $t3, $t4 "$t3 * $t4", 把64 Bits的积存储到"Lo,Hi"中,即"(Hi,Lo)=$t3 * $t4;"
div $t5, $t6 "$LO=$t5/$t6", $LO为商的整数部分;"$HI=$t5 mod $t6", $HI为余数
mfhi $t0 $t0 = $HI
mflo $t1 $t1 = $LO

 

  

 

 

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posted @ 2017-07-16 23:28  blacksunny  阅读(45257)  评论(0编辑  收藏  举报